利用射流原理的新型室内新风系统

(石家庄二中实验学校 河北 石家庄 051430)

一、节能型新风系统安装的必要性

随着我国经济的快速发展，人民生活水平的日益提高，居民在室内的时间越来越长，特别是城市居民每天平均约有90%以上的时间在室内生活和工作[1-2]。建筑室内环境的质量不仅仅对居民的身体健康和舒适性有影响，更显著的影响着室内工作人员的工作效率，所以建筑室内环境质量越来越受到人们的重视。

为了提高室内环境质量，新风系统应运而生。新风系统是指将室外空气经过过滤后得到新鲜空气，并送到室内，同一时间把室内污浊空气排到室外，在达到系统的平衡的同时也对房间进行了空气的置换，使一个密闭的空间实现科学的空气对流，就等于给你的房间增加了一个呼吸系统[3]。

目前几乎全部的新风系统，为了实现室内外空气之间的交换，克服运行管道中的阻力，必须安装一台或两台风机，在长期运行过程中，势必会产生较大的能源消耗。为了减少新风系统的能源消耗，本文设计了一种利用射流原理的室内新风系统。

二、射流原理

射流器是一种应用射流原理来抽吸气体，加工制造的一种没有运动部件的装置，它通过工作流体射流对另一气体进行抽吸，它主要由喷嘴、吸入室、喉管和扩压管等部分组成。具体的工作原理是：当具有一定压力和速度的工作流体通过喷嘴，工作流体的压力势能转换为动能，从喷嘴出口高速喷出，根据伯努利方程，当压力势能转化动能后，在喷嘴出口区域形成真空，从而将被抽介质吸引出来，二股介质在扩压管内进行混合及能量交换，最后以高于大气压力而排出[4]。

三、新型新风系统的设计

根据前面介绍的射流器的工作原理，结合现有的新风系统，设计了一种结合射流器的新风系统，其原理示意图如图1所示。

图1 新风系统原理图

本系统主要包括：射流器，全显热回收器，室内空气净化装置和管道等部件。

主要工作步骤：外界空气通过安装在室外的射流器的喇叭口状的集气器，被收集的空气通过射流器的喷嘴，空气速度增加，压力降低，从而在射流器的喷嘴出口处，即吸入室内形成低压；室内被污染的空气在室内与吸入室处的压力差的作用下，被抽吸到射流器的吸入室内，与外界来流混合，经射流器的扩压段流出；室内被污染的空气经射流器抽吸走后，引起室内空气产生负压，室外的空气在室内外空气压差的作用下，通过进风管路安装在室外的空气收集器，经可拆卸滤网过滤后送入室内，流经室内活动区域，满足人员活动需要。

可拆卸滤网从室外到室内主要包括粗效空气过滤器、中效空气过滤器、高效空气过滤器、活性炭滤网等，以实现对空气的逐级过滤。

全显热收集器主要作用是回收能量，节约资源。通过采用全显热回收器，使室内被抽走的空气与室外送入的空气进行能量交换：冬季时，室外空气吸收室内空气的热量；夏季时，室外空气吸收室内空气的冷量，已达到节能减排的作用。

射流器的喇叭口状的集气器和进风管路安装在室外的空气收集器的外侧都安装有可调节开度大小的百叶窗，用于调整射流器的抽吸力的大小和进入室内空气量的多少。当室外风速较大或室内空气质量较好时，同时调小两个百叶窗开度，以降低射流器的抽吸作用和增大进气管道的阻力，以减少室内外空气的换气量，从而减少室内空气能量(包括热量和冷量)的损失；当室外风速较小或室内空气质量较差时，同时开大百叶窗开度的大小，起到增加室内外空气换气量的作用，以保证室内空气质量得到较快的改善。

在主送风管道上可安装一个小型送风机，在外界风速较小抽吸力不足或需要快速改善空气质量时，可将改送风机打开，以提高清洁空气的送入量，达到快速改善空气质量的作用。

采用本文设计的利用射流器的室内新风系统，具有以下的优点：

(1)系统结构简单，加工制造、安装简便，能够很好的改善室内空气质量，满足人民生活需要；

(2)整个系统几乎没有运动部件，不会产生机械磨损，极大的减少了检修和维护工作和费用；

(3)几乎没有能源消耗，只要室外有自然风，就可以实现改善室内空气质量的目的；

(4)全显热收集器的使用，降低了因新风系统安装带来的室内能量(热量和冷量)的损失，减少了维持室内温度所消耗的能源；

(5)整个装置送风量可调，并且室内空气流速较为缓和，室内气体流速不会太大，从而使人感觉比较舒适；

(6)非常适合在有雨、雪、风沙和雾霾天气不适合开窗换气时使用。

四、全显热收集器优化

全显热收集器的使用收集了被吸出浊气的能量(热量和冷量)，已达到节能的效果，但是能否节能要结合实际条件分析。

全显热收集器一方面收集能量，另一方面它作为新风系统内部的阻力模块，会增加系统的能量消耗。如果阻力过大，外界新鲜空气将无法通过管道进入室内，需要在主送风管道上安装备用风机。因此全显热收集器安装与否需要根据全显热收集器的吸热量Qx与备用风机耗能量Qh大小之间的关系来决定。

当Qx>Qh时，可安装全显热收集器

当Qx<=Qh时，不安装全显热收集器

为了解决以上问题，可以在换热器外部的送引风管道上安装旁路，此时热交换器的管路连接图如图2所示。通过实时计算吸热量与耗能量之间的大小关系，决定是否使送引风通过全显热换热器。

在新风系统的送风管路和回风管路上分别安装送风旁路和回风旁路，起到隔离热交换器的作用。在送风旁路、送风管路、回风管路和回风旁路上分别安装有电动阀门，在热交换器送风和回风管路的进出口位置分别安装有4个压力温度流量测点，起到监测送风和回风进出热交换器前后温度、压力和流量的作用。

压力温度和流量测点监测到送风进出热交换器前后的温度(℃)、压力(Pa)和流量(m3/s)分别为T1、P1、Q1和T2、P2、Q2，回风进出热交换器前后的温度和压力分别为T4、P4、Q4和T3、P3、Q3，其中Q1=Q2，Q3=Q4。

图2 新设计热收集器结构图

根据监测得到的数据，可以计算得到热换热器的换热量X(w)和送风管道上热交换器的阻力损失Y(w)。

X=cpQ1(T2-T1)=cpQ3(T4-T3)

Y=(P1-P2)Q1

实时计算X和Y的大小，通过对比比较，当X>Y时，使用热交换器，关闭送风旁路和回风旁路上的阀门，打开送风和回风管路上的阀门；当X

五、结论

根据射流原理，设计了一种利用射流器的室内新风系统，起到了改善室内环境，提高人民生活质量的目的，同时尽量减少了能源的消耗，实现了节能减排。

本文设计的一种利用射流器的室内新风系统，结合了射流器节能、无旋转部件、易于维护等特点，利用环境中的自然风的动能，在几乎无能源消耗的前提下，实现了室内浊气的排出，将室外经处理后的新鲜空气送入室内，为人们提供清洁宜居的生活工作环境。对全热交换器进行了初步优化设计，安装了旁路系统和数据测点，根据监测的数据对全显热交换器的运行方式实时优化，始终使新风系统处于最优的运行方式，减少了能源消耗。